JP2014240320A - エレベータ用電磁ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、簡易な構成で付勢部材の付勢力に非線形性を持たせ、制動時の衝突音を低減できるようにし、部品点数および制御装置の増大を抑えて、煩雑な調整・管理作業を不要にできるエレベータ用電磁ブレーキ装置を得る。【解決手段】電磁ブレーキ装置は、ロータの制動面に対向して配置されるブレーキシューと、ブレーキシューを制動面に接離させる可動体と、電磁コイルを有し、電磁コイルの励磁時に可動体を吸引してブレーキシューを制動面から離反させる電磁フィールドと、電磁フィールドと可動体との間に装着されて、電磁コイルの非励磁時に可動体を電磁フィールドから離反する方向に付勢してブレーキシューを制動面に当接させる付勢部材２０と、を備え、付勢部材２０は、ゴム２２により円筒形コイルばね２１の全体を被覆して構成されている。【選択図】図５

Description

この発明は、制動時に発生する騒音を低減するエレベータ用電磁ブレーキ装置に関するものである。

従来のエレベータ用電磁ブレーキ装置は、回転体に接離可能な制動部材と、制動部材を回転体に付勢するばねと、ばねの付勢力に抗して制動部材を回転体から離反させる電磁石と、を備えていた（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１に記載の従来のエレベータ用電磁ブレーキ装置では、制動時、電磁石の電流を遮断するため、ばねのばね力のみにより電磁石が急速に開放され、制動部材が回転体に衝突してブレーキが動作するので、制動部材が回転体に衝突するときに、大きな衝突音が発生するという問題があった。

電磁ブレーキ装置の設置場所によっては、制動部材が回転体に衝突するときに発生する衝突音が、かご内や乗り場の乗客に聞こえることから、その衝突音を低減させる方策が種々提案されている。

例えば、特許文献２に記載の従来のエレベータ用電磁ブレーキ装置では、回転体に衝突する可動体の移動途中で可動体に当接し、可動体の移動の向きを変える変位拘束治具を備え、変位拘束部材が移動途中の可動体に当接して、可動体を一旦停止させた後、再度動きを開始させて、可動体を回転体に低速で衝突させて、衝突音を低減していた。

また、特許文献３に記載の従来のエレベータ用電磁ブレーキ装置では、固定鉄心とアーマチュアとの間に圧縮コイルばねとゴムとを並べて配置し、圧縮コイルばねの反力とゴムの反力との和を非線形な特性とし、電磁吸引力と付勢力との差を小さくし、ブレーキシューを低速でドラムに衝突させて、衝突音を低減していた。

また、特許文献４に記載の従来のエレベータ用電磁ブレーキ装置では、電磁石に印加する電流を制御することで、電磁石の吸引力とばね力との差に比例する制動部材の運動エネルギーを低減して、回転体に衝突する直前の制動部材の速度を低減し、衝突音を低減させていた。

特開２０００−２８９９５４号公報 特開２０１２−１６３１４２号公報 特開２００８−１２０５２４号公報 特開平０９−２６７９８２号公報

特許文献２に記載の従来のエレベータ用電磁ブレーキ装置では、変位拘束部材が必要となるので、部品点数が増大するとともに、変位拘束部材による可動体の拘束位置を調整・管理する煩雑な作業が必要となるという問題があった。

また、特許文献３に記載の従来のエレベータ用電磁ブレーキ装置では、ゴムを円錐台形状に形成し、かつゴム挿入穴をゴムの底面の外径と同一の内径を有する円形穴に形成して、圧縮コイルばねの反力とゴムの反力との和を非線形な特性としているので、ゴムを増設する分、部品点数が増大するとともに、ゴムおよびゴム挿入穴の形状の寸法管理が必要となるという問題があった。

また、特許文献４に記載の従来のエレベータ用電磁ブレーキ装置では、電磁石１個に対して制御装置が１個必要となるので、複数個の電磁石によって電磁ブレーキ装置が構成される場合には、多くの制御装置が必要となるという問題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で付勢部材の付勢力に非線形性を持たせ、制動時の制動部材と回転体との衝突により発生する衝突音を低減できるようにし、部品点数および制御装置の増大を抑えて、煩雑な調整・管理作業を不要にできるエレベータ用電磁ブレーキ装置を得ることを目的とする。

この発明によるエレベータ用電磁ブレーキ装置は、回転体の制動面に対向して配置される制動部材と、上記制動部材に連結され、上記制動部材を上記制動面に接離させる方向に往復移動可能に配設された磁性材料で作製された可動体と、電磁コイルを有し、上記電磁コイルの励磁時に上記可動体を吸引して上記制動部材を上記制動面から離反させる磁性材料で作製された電磁フィールドと、上記電磁フィールドと上記可動体との間に装着されて、上記電磁コイルの非励磁時に上記可動体を上記電磁フィールドから離反する方向に付勢して上記制動部材を上記制動面に当接させる付勢部材と、を備え、上記付勢部材は、ゴムにより圧縮コイルばねの少なくとも一部を被覆して構成されている。

この発明によれば、付勢部材は、ゴムにより圧縮コイルばねの少なくとも一部を被覆して構成されているので、付勢部材の付勢力が非線形となり、ブレーキ作動過程における付勢力と電磁吸引力との差が小さくなる。これにより、ブレーキ作動過程での制動部材の運動エネルギーが低減されるので、制動部材の動作速度が低減され、制動部材が低速で制動面に衝突し、衝突音が低減される。そこで、変位拘束部材、ゴム、制御装置などの増設が不要となり、部品点数および制御装置の増大が抑制されるとともに、変位拘束部材やゴムの設置に伴う煩雑な調整・管理作業を不要にできる。

エレベータの全体構成を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置を備えた巻き上げ機を示す一部破断正面図である。 この発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置を備えた巻き上げ機を示す一部破断側面図である。 この発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置を備えた巻き上げ機を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置における付勢部材を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置における電磁石の吸引力およびばね力のギャップに対する特性図である。 この発明の実施の形態２に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置における付勢部材を示す図である。

以下、本発明のエレベータ用電磁ブレーキ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はエレベータの全体構成を説明する模式図、図２はこの発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置を備えた巻き上げ機を示す一部破断正面図、図３はこの発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置を備えた巻き上げ機を示す一部破断側面図、図４はこの発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置を備えた巻き上げ機を示す断面図、図５はこの発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置における付勢部材を示す図であり、図５の(a)は側面図、図５の（ｂ）は上面図を示している。図６はこの発明の実施の形態１に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置における電磁石の吸引力およびばね力のギャップに対する特性図である。

図１において、駆動装置である巻き上げ機２が、昇降路１内の上部に設置されている。主索３が巻き上げ機２の綱車２ａに巻き付けられて昇降路１内に垂下されている。そして、かご４が主索３の一端に連結され、つり合い重り５が主索の他端部に連結されて、昇降路１内に吊り下げられている。巻き上げ機２が駆動されて、かご４およびつり合い重り５がかご用ガイドレール６およびつり合い重り用ガイドレール（図示せず）に案内されて昇降路１内を昇降する。また、巻き上げ機２に取り付けられた電磁ブレーキ装置１５(図示せず)が作動して、かご４が静止保持される。

つぎに、巻き上げ機２の構成について、図２から図５を参照しつつ説明する。

巻き上げ機２は、図２から図４に示されるように、椀状部１０ａを有する回転体であるロータ１０と、軸受１２を介してロータ１０を回転可能に支持する主軸１１と、ロータ１０を制動させるための電磁ブレーキ装置１５と、フレーム９に固定されたステータ１３と、を備えている。そして、綱車２ａが、ロータ１０の椀状部１０ａの底面側に一体に形成されている。フレーム９に固定されたステータ１３にはコイル（図示せず）が巻回され、ステータ１３と対向するロータ１０の椀状部１０ａの外周面には永久磁石（図示せず）が装着されている。ロータ１０の椀状部１０ａの内周面には、電磁ブレーキ装置１５のブレーキシューが当接する制動面１０ｂが形成されている。

電磁ブレーキ装置１５は、磁性材料で作製された可動体１６と、可動体１６に連結された制動部材であるブレーキシュー１７と、可動体１６の内周側に配設された磁性材料で作製された電磁フィールド１８と、電磁フィールド１８に装着され、励磁して磁気吸引力を発生させる電磁コイル１９と、制動力を発生する付勢部材２０と、を備える。可動体１６は、半径方向に往復移動可能に電磁フィールド１８に装着され、付勢部材２０が、可動体１６と電磁フィールド１８との間に配設され、可動体１６を半径方向外方に付勢している。付勢部材２０は、図５に示されるように、ゴム２２により圧縮コイルばねである金属製の円筒形コイルばね２１の全体を被覆して円筒形に作製されている。なお、可動体１６、電磁フィールド１８、電磁コイル１９および付勢部材２０が電磁石を構成する。

このように構成された電磁ブレーキ装置１５は、ボルト１４によりフレーム９に締着固定されて、椀状部１０ａの内周側に配設され、ブレーキシュー１７が可動体１６の往復移動に連動して制動面１０ｂに接離するようになっている。そして、電磁コイル１９が非励磁の時に、可動体１６が付勢部材２０の付勢力により半径方向外方に移動し、ブレーキシュー１７が制動面１０ｂに押し当てられ、ロータ１０に制動がかかる。

つぎに、電磁ブレーキ装置１５の動作について図６を参照しつつ説明する。図６において、ギャップＸは可動体１６と電磁フィールド１８との間のギャップであり、ギャップＸがａの時がブレーキ作動時、ギャップＸが０の時がブレーキ開放時である。Ｆｍ１はブレーキ開放時の電磁石の電磁吸引力、Ｆｍ２はブレーキ作動時の電磁石の電磁吸引力、Ｆｓ１は付勢部材２０による付勢力である。Ｆｓ２は比較例としての付勢部材による付勢力である。なお、ギャップＸが０、ａの時の付勢力が付勢部材２０の付勢力と同等となるように設計された円筒形コイルばねを比較例の付勢部材とした。

まず、電磁コイル１９が非励磁状態にあり、ブレーキシュー１７が付勢部材２０の付勢力によりロータ１０の椀状部１０ａの制動面１０ｂに押圧され、可動体１６と電磁フィールド１８との間のギャップＸがａとなっている（図６のＡ）。これにより、電磁ブレーキ装置１５がブレーキ作動状態となり、ロータ１０に制動がかかり、かご４が静止保持される。

そこで、かご４の戸が閉じられ、かご４を昇降させる処理が開始されると、電磁コイル１９が電圧を印加されて励磁され、電磁フィールド１８と可動体１６との間に電磁吸引力Ｆｍ１が発生する。そして、電磁吸引力Ｆｍ１が徐々に増加して付勢部材２０の付勢力Ｆｓ１より大きくなると（図６のＢ）、可動体１６の電磁フィールド１８側への移動が開始され、ブレーキシュー１７が制動面１０ｂから離反し、制動力が解除される。これにより、綱車２ａの回転が可能となり、巻き上げ機２が駆動されて、かご４の昇降が開始される。

そして、電磁吸引力Ｆｍ１がさらに増加し、可動体１６が電磁フィールド１８に移動し、ギャップＸが徐々に小さくなり、ついには可動体１６が電磁フィールド１８に当接し、ギャップＸが０となる（図６のＢ→Ｃ）。

昇降していたかご４が目的階に着床し、かご４を静止保持させる処理が開始されると、電磁コイル１９への電圧の印加が停止される。これにより、電磁フィールド１８と可動体１６との間に発生していた電磁吸引力Ｆｍ２が急激に低下する（図６のＣ→Ｄ）。電磁吸引力Ｆｍ２が付勢部材２０の付勢力Ｆｓ１より小さくなると（図６のＤ）、付勢部材２０の付勢力Ｆｓ１により可動体１６の電磁フィールド１８からの離反が開始される。そして、可動体１６が電磁フィールド１８から離反し、ギャップＸが徐々に大きくなり、ついにはブレーキシュー１７が制動面１０ｂに当接し、ギャップＸがａとなる（図６のＤ→Ａ）。電磁ブレーキ装置１５がブレーキ作動状態となり、ロータ１０に制動がかかり、かご４が静止保持される。

ここで、円筒形コイルばね２１の全体をゴム２２で被覆して構成された付勢部材２０を用いることによる効果について説明する。

円筒形コイルばね２１の全体をゴム２２で被覆して構成されている付勢部材２０を用いた場合、電磁吸引力Ｆｍ１の増大に伴い（図６のＢ→Ｃ）、円筒形コイルばね２１が収縮するとともに、円筒形コイルばね２０のコイル間に位置するゴム２２の部分が圧縮され、付勢部材２０の付勢力Ｆｓ１はギャップＸの減少に比例して増大する。そして、ギャップＸがｂとなると、円筒形コイルばね２０のコイル間に位置するゴム２２の部分の剛性が急激に大きくなる。そこで、付勢部材２０としてのばね定数が大きくなり、ギャップＸの減少に対する付勢部材２０の付勢力Ｆｓ１の増加率が大きくなる。このように、付勢部材２０の付勢力Ｆｓ１は、図６に示されるように、Ｃ１とＤとの間の増加率がＢとＣ１との間の増加率より大きくなる非線形性を有する。

一方、付勢部材２０に替えて、円筒形コイルばねのみで構成されている比較例としての付勢部材を用いた場合、電磁吸引力Ｆｍ１の増大に伴い（図６のＢ→Ｃ）、円筒形コイルばねが収縮し、比較例の付勢部材の付勢力Ｆｓ２はギャップＸの減少に比例して一定の増加率で増大する線形性を有する（図６のＢ→Ｄ）。

電磁吸引力は、ギャップＸの２乗に反比例し、電磁コイル１９に電圧を印加することで発生する電流の２乗に比例する非線形性を有する。ここで、図６から、ブレーキ作動過程では、付勢部材２０の付勢力Ｆｓ１を非線形性とすることで、比較例の付勢部材の付勢力Ｆｓ２に対して、付勢部材２０の付勢力Ｆｓ１を電磁吸引力Ｆｍ２に近づけられることがわかる。これにより、付勢部材２０は、比較例に対し、電磁吸引力Ｆｍ２と付勢力Ｆｓ１との差が小さくなり、ブレーキシュー１７の運動エネルギーを低減できる。その結果、ブレーキシュー１７の動作速度が低減され、ブレーキシュー１７が低速でロータ１０の椀状部１０ａに衝突し、衝突音を低減できる。

この実施の形態１によれば、付勢部材２０が円筒形コイルばね２１の全体をゴム２２で被覆して構成され、付勢力Ｆｓ１を非線形にしているので、ブレーキ作動過程での付勢力Ｆｓ１と電磁吸引力Ｆｍ２との差が小さくなり、ブレーキ作動時にブレーキシュー１７と椀状部１０ａとの衝突により発生する衝突音を低減できる。そこで、変位拘束部材を配置する必要がないので、部品点数の増大を抑制できるとともに、変位拘束部材による可動体の拘束位置を調整・管理する煩雑な作業が不要となる。また、円錐台形状のゴムを配置する必要がないので、部品点数の増大を抑制できるとともに、ゴムおよびゴム挿入穴の形状の寸法管理が不要となる。さらに、電磁石のそれぞれに対して制御装置を配置する必要がないので、装置の小型化および低コスト化が図られる。

付勢部材２０が円筒形コイルばね２１の全体をゴム２２で被覆して構成されているので、構成部材の設計変更などを伴うことなく、従来の円筒形コイルばねを付勢部材２０に置き換えるだけで電磁ブレーキ装置１５を構成できる。また、付勢力を発生させる付勢部材が従来と同様にばねのみであるので、煩雑な調整作業や寸法管理が不要となる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係るエレベータ用電磁ブレーキ装置における付勢部材を示す図であり、図７の(a)は側面図、図７の（ｂ）は上面図を示している。

図７において、付勢部材２０Ａは、ゴム２２により円筒形コイルばね２１の上部側と下部側とを被覆して作製されている。
なお、実施の形態２では、付勢部材２０に替えて付勢部材２０Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

付勢部材２０Ａを用いた電磁ブレーキ装置においては、電磁吸引力Ｆｍ１の増大に伴い、円筒形コイルばね２１が収縮するとともに、円筒形コイルばね２０の上部側および下部側のコイル間に位置するゴム２２の部分が圧縮され、付勢部材２０の付勢力はギャップＸの減少に比例して増大する。そして、ギャップＸが小さくなると、円筒形コイルばね２０の上部側および下部側のコイル間に位置するゴム２２の部分の剛性が急激に大きくなる。そこで、付勢部材２０Ａとしてのばね定数が大きくなり、ギャップＸの減少に対する付勢部材２０Ａの付勢力の増加率が大きくなる。このように、付勢部材２０Ａの付勢力は、ギャップＸが０となる近傍で、増加率が大きくなる非線形性を有する。
したがって、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。

なお、上記実施の形態１では、ゴム２２が円筒形コイルばね２１の全体を被覆し、上記実施の形態２では、ゴム２２が円筒形コイルばね２１の上部側と下部側とを被覆しているが、ゴム２２は、円筒形コイルばね２１のコイル間に配置されて、円筒形コイルばね２１の収縮過程で、螺旋ピッチの縮小により圧縮されるように円筒形コイルばね２１に被覆されていればよく、例えば円筒形コイルばね２１の上部側のみに被覆してもよい。
また、上記各実施の形態では、ゴムを円筒形コイルばねに被覆して構成される付勢部材を用いているが、ゴムが被覆される圧縮コイルばねは円筒形コイルばねに限定されず、例えば円錐コイルばねを用いてもよい。

１０ ロータ（回転体）、１０ｂ 摺動面、１６ 可動体、１７ ブレーキシュー（制動部材）、１８ 電磁フィールド、１９ 電磁コイル、２０，２０Ａ 付勢部材、２１ 円筒形コイルばね（圧縮コイルばね）、２２ ゴム。

Claims (1)

1. 回転体の制動面に対向して配置される制動部材と、
   上記制動部材に連結され、上記制動部材を上記制動面に接離させる方向に往復移動可能に配設された磁性材料で作製された可動体と、
   電磁コイルを有し、上記電磁コイルの励磁時に上記可動体を吸引して上記制動部材を上記制動面から離反させる磁性材料で作製された電磁フィールドと、
   上記電磁フィールドと上記可動体との間に装着されて、上記電磁コイルの非励磁時に上記可動体を上記電磁フィールドから離反する方向に付勢して上記制動部材を上記制動面に当接させる付勢部材と、を備え、
   上記付勢部材は、ゴムにより圧縮コイルばねの少なくとも一部を被覆して構成されていることを特徴とするエレベータ用電磁ブレーキ装置。

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